自旋电子学在电力电子应用 电子自旋高速操控实现 高效低耗电子器件更“近”一步

电子自旋高速操控实现 高效低耗电子器件更“近”一步

来源：科技日报

科技日报讯 （洪恒飞 柯溢能 记者江耘）科技日报记者5月6日从浙江大学获悉，该校物理学系郑毅研究员课题组与联合团队，首次在黑砷二维电子态中发现了外电场连续、可逆调控的强自旋轨道耦合效应，实现了对自旋的高速精准控制；同时在全新的自旋—能谷耦合的Rashba物理现象中，发现了新奇的量子霍尔态。相关论文当天刊发于国际期刊《自然》。

电子是人们日常生活中熟悉的“陌生人”：每个电子携带一份内禀的电荷，其集体运动产生的电流驱动了照明、晶体管以及各种电子设备的运行。然而作为一种基本粒子，电子还携带另外一个基本物理量，即自旋。如何操控自旋，研制速度更快、能耗更低的电子器件是自上世纪90年代以来科学和工程领域孜孜追求的目标。

常见的晶体管运行，通过场效应在沟道中注入和抽离电荷实现开关。但作为与电荷具有同等内禀地位的自旋却极容易受到干扰，无法简单地生成运动控制阀门。“要实现自旋驱动的电子器件，就必须先有效地操控自旋的取向，进而可以用自旋阀门来控制电子的通过与否。”郑毅介绍说，重元素二维材料体系使得电子自旋的高速精准控制成为可能。

郑毅团队在对薄层黑砷微纳器件的研究中，成功发现加入外电场时，黑砷二维电子态系统的自旋轨道耦合效应可连续、可逆的打开和关闭。这也为后续自旋器件的开发找到了一个控制电子通行的高速开关。

“该研究将对高效率、低能耗自旋电子器件研制提供坚实基础，对进一步加深量子霍尔现象的理解，以及依托拓扑超导器件的量子计算研究具有积极意义。”谈及应用前景，郑毅说，未来，科研人员有望利用自旋轨道耦合实现高效的自旋调控，开发自旋场效应晶体管等电子元器件。

法国启动自旋电子技术研究计划

新华社巴黎1月30日电 (记者徐永春)法国国家科学研究中心29日发布消息说，正式启动一项国家级研究计划，旨在促进自旋电子技术发展，并以此推动数字领域的节能和可持续发展。

这项计划于29日在法国东南部城市格勒诺布尔正式启动，由法国替代能源与原子能委员会和法国国家科学研究中心共同主导，为期八年，将获得3813万欧元资助。有关方面希望这一计划能促进法国自旋电子技术发展，并助力欧洲加强数字技术竞争力和数字主权。

法国国家科学研究中心说，自旋电子技术为数字领域发展提供了颠覆性解决方案。与传统电子学相比，它利用电子的自旋等特征，可实现更强功能以及更低能耗。

数字领域发展所带来的能源消耗和环境影响不可忽视。有预测认为，到2030年，数字领域将占全球电力消耗的20%到30%。因此，未来电子设备除了计算能力、微型化、成本等指标外，也需要重视能效指标。

《 人民日报 》( 2024年01月31日 15 版)

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